煤礦供電防越級跳閘保護系統(tǒng)應(yīng)用

梁超

【摘 要】與目前煤礦供電網(wǎng)絡(luò)常用的三種防越級跳閘技術(shù)方式相比，基于縱聯(lián)差動保護的防越級跳閘技術(shù)，是一種相對成熟且操作簡單的技術(shù)方式。特點在于，這項技術(shù)可根據(jù)不同煤礦的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)水平，做出適當調(diào)整。在發(fā)生煤礦供電網(wǎng)故障時，第一時間排除故障，保障了煤礦供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性，為企業(yè)安全生產(chǎn)、有序管理提供了有力的保障，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

【關(guān)鍵詞】煤礦；供電；防越級跳閘；保護應(yīng)用

1. 導(dǎo)言

本文了分析了煤礦井下供電廣泛存在的“越級跳閘”問題和防越級跳閘保護系統(tǒng)；介紹防越級跳閘保護系統(tǒng)主要構(gòu)成部分及其所具有的獨特優(yōu)勢，并結(jié)合某煤礦井下供電系統(tǒng)的實際情況進行了該煤礦供電防越級跳閘保護系統(tǒng)的方案設(shè)計，能夠有效地避免越級跳閘的發(fā)生。

2. 原因分析

礦井電網(wǎng)存在“越級跳閘”的原因煤礦井下巷道狹窄，空氣潮濕，在此環(huán)境下使用的電器設(shè)備、供電電纜和電纜接頭容易發(fā)生漏電和短路事故。目前，我國煤炭企業(yè)電網(wǎng)多為多級輻射狀的供電模式，其特點為供電線路短，延伸級數(shù)多，不同級別的短路電流很接近，一旦線路某處短路，短路電流可達數(shù)千安到上萬安，短路點上面的各級開關(guān)都滿足電流速斷保護跳閘條件，當上級開關(guān)跳閘靈敏度高時上級開關(guān)跳閘，造成越級跳閘，甚至會直接造成地面變電站開關(guān)越級跳閘，特別是35 k V系統(tǒng)，造成全礦井停電的惡性事故，甚至會出現(xiàn)主扇停風事故。傳統(tǒng)的三段式過電流保護無法兼顧保護動作快速性和選擇性的要求，當井下供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，普遍存在“越級跳閘”現(xiàn)象，造成恢復(fù)供電時間延長，直接影響井下的安全生產(chǎn)。在煤礦供電電網(wǎng)中，造成越級跳閘的主要原因主要有以下幾種：1）短路保護難以整定。井下供電線路短、多級變電所級聯(lián)導(dǎo)致拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜，短線路零秒的速斷保護無保護區(qū)，在線路末端發(fā)生短路故障時，其上級開關(guān)及上幾級開關(guān)感受的短路電流幾乎差不多，各級開關(guān)的零秒速斷保護無選擇性跳閘而造成越級跳閘；井下供電系統(tǒng)沒有時間級差，過流保護整定困難，在發(fā)生短路故障時，極易出現(xiàn)越級跳閘的情況。同時，井下防爆開關(guān)的拒動現(xiàn)象也時有發(fā)生，也極易造成越級跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。目前的系統(tǒng)以短路保護為主保護，系統(tǒng)圖上每個藍色小方塊代表一個短路保護。當采區(qū)變電所任何一條負荷線出現(xiàn)故障時，都有可能導(dǎo)致上一級變電所開關(guān)跳閘，即“越級跳閘”，導(dǎo)致停電范圍擴大。2）傳統(tǒng)意義上的光纖縱差保護不能解決所有問題。將傳統(tǒng)的光纖縱差保護作為聯(lián)絡(luò)線的主保護，能夠可靠解決部分“越級跳閘”問題，但對于三端線路及多端線路卻不能解決。因為現(xiàn)有的光纖縱差模型全部是根據(jù)兩端線路配置的，如果需要對多端線路進行光纖縱差處理，則存在技術(shù)上的難點而無法實現(xiàn)。

3. 煤礦供電防越級跳閘保護系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)

3.1數(shù)字式光纖差動保護原理

本文所采用的數(shù)字式光纖差動自動保護系統(tǒng)的保護原理可以 從瞬時采樣值的電流差動保護和故障分量電流差動保護兩大原理 進行分析。瞬時采樣值的電流差動保護原理主要作用是判斷有無發(fā) 生區(qū)內(nèi)故障，是指按照一定判斷依據(jù)而構(gòu)成的差動保護，其自動方 程式可以表示成|i 表示線路兩端電流采用的瞬時值，K 為制動系數(shù)、I 為整定值。當瞬時采用值電流差動保護采用判據(jù)窗>9時，制動保護效果最佳。

3.2差動保護運行存在問題及對策

該系統(tǒng)下差動保護運行過程中可能存在的問題有CT 飽和、CT 斷線、同步化處理和誤碼校驗、弱饋問題及電容電流問題。當系統(tǒng)出 現(xiàn)故障時，短路電流會有一定幅值的非周期分量，這會導(dǎo)致電流互 感器鐵芯的磁密度值快速飽和，這種情況下，勵磁的阻抗能力會減 弱，勵磁電流增加，導(dǎo)致二次電流的波形畸變。具體表現(xiàn)在以下幾 點：（1）發(fā)生嚴重故障后，CT 有一個線性傳變區(qū)，在該區(qū)內(nèi)能把一次 電流準確的傳送到二次側(cè)，并在該區(qū)存在的時間會隨著故障的嚴重 程度減少。（2）對因故障電流中非周期分量引起的CT 飽和，勵磁電 流和二次電流會出現(xiàn)正負半波波形不對稱的問題，且差流波形會有 嚴重的偏移問題。（3）因穩(wěn)態(tài)短路電流引起的CT 飽和，勵磁電流和 二次電流的波形呈奇對稱。可見，當CT 飽和時，會使得在電流差動 保護區(qū)內(nèi)的保護延遲，而區(qū)外的保護誤動。對此，該系統(tǒng)可以采用 CT 飽和識別技術(shù)來避免光纖差動保護誤動問題的出現(xiàn)。 CT 斷線上，與CT 飽和相比，CT 斷線雖然不會導(dǎo)致光纖差動保 護誤動問題，但是如果發(fā)生在區(qū)外故障時，會出現(xiàn)誤動問題。對此， 可以使用較為成熟的CT 斷線依據(jù)來檢測CT 是否出現(xiàn)斷線 問題上，如果在此情況下發(fā)生線路內(nèi)部故障，就會使得弱饋側(cè)的故障電流流入量減小，很可能會導(dǎo)致電流差動保護的拒動。對此，可以 在啟動文件中設(shè)置一個低壓輔助啟動元件，一旦電壓比該氣動元件 定值低，就可啟動，此時非弱饋側(cè)的保護就會收到啟動信號，進而驅(qū) 動電流差動的保護出口，達到切除故障的目的。

3.3小電流接地選線功能

基于數(shù)字式光纖差動技術(shù)設(shè)置的煤礦供電防越級跳閘保護系 統(tǒng)，其小電流接地選線方法可以采用消弧線圈并聯(lián)中值電阻選線 法。該方法又可分為主動式選線和被動式選線，主動式選線主要是 通過改變系統(tǒng)的運行方式或結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)的該變量進行選線，有 消弧線圈并聯(lián)中值電阻法、注入法和殘留增量法。不過，后兩者方法 在理論研究上的缺陷，使得其在實際應(yīng)用價值不高，主要是采用消 弧線圈并聯(lián)中值電阻法。消弧線圈并聯(lián)中值電阻法是指發(fā)生單相接 地時，在消弧線圈的兩端能快速并聯(lián)一個中值電阻，增加故障線路 的零序電流，以正確選線。該方法的工作原理是：在系統(tǒng)處于正常狀 態(tài)下，利用該方法打開可控開關(guān)，中值電阻不會投入系統(tǒng)，中性點的 消弧線圈會對補償系統(tǒng)的容性電流進行跟蹤，但受感性電流和容性 電流基本相等影響，其方向相反；當有單相電弧性接地故障出現(xiàn)時， 受消弧線圈的補償作用影響，故障點的電流會快速減少，使得電弧 熄滅，故障消失；當出現(xiàn)永久性接地故障時，消弧線圈就會立即跟蹤 補償，系統(tǒng)穩(wěn)定后，閉合可控開關(guān)讓中值電阻投入的時間縮短，促使 非故障線路和故障線路的零序電流相區(qū)別，方便選線。

4 .結(jié)論

目前煤礦井下供電系統(tǒng)線路保護普遍面臨著速斷過流保護定值無法整定、失壓保護零時延、漏電保護無法實現(xiàn)比較、保護器功能不全及通訊能力差等多個難題，導(dǎo)致煤礦井下供電出現(xiàn)欠壓、漏電、過流、短路等故障，嚴重威脅井下供電其可靠性。尤其是廣泛存在的“越級跳閘”，它是影響煤礦井下安全供電的一個重要因素，對井下供電系統(tǒng)安全及可靠運行造成嚴重的威脅。

參考文獻：

[1]盧喜山， 張祖濤， 李衛(wèi)濤. 煤礦供電系統(tǒng)基于縱聯(lián)差動保護原理的防越級跳閘技術(shù)研究[J]. 煤礦機械， 2011， 32（4）：71-73.

[2]毛衛(wèi)清. 煤礦供電系統(tǒng)防越級跳閘技術(shù)應(yīng)用探討[J]. 煤炭工程， 2013， 45（6）：15-17.endprint